JP5918593B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that generates power using fuel gas and oxidant gas.

従来、燃料ガスと酸素含有ガスを燃料電池スタックに供給して発電を行う燃料電池システムが提案されており、このような燃料電池システムにおいては、都市ガスやLPG等の原燃料から水素主成分の燃料ガスを生成する改質装置を内部に備えている。   Conventionally, a fuel cell system that generates power by supplying a fuel gas and an oxygen-containing gas to a fuel cell stack has been proposed. In such a fuel cell system, the main component of hydrogen is generated from raw fuels such as city gas and LPG. A reformer for generating fuel gas is provided inside.

そしてこの改質装置から燃料ガスを生成するには、改質装置を作動温度まで上昇させる必要があるため、燃料電池システムの起動時には原燃料を燃焼させて改質装置を加熱している。ところが、原燃料は炭素を含んでいることに加え、燃料電池システムの起動時は装置自体の温度が低いため、火炎が冷却されて不完全燃焼を起こしてしまい一酸化炭素が発生しやすい状態となる。そのため、燃料電池システムの起動時に排出される排ガスには一酸化炭素が多く含まれてしまう。   In order to generate fuel gas from this reformer, it is necessary to raise the reformer to the operating temperature. Therefore, when the fuel cell system is started, the raw fuel is burned to heat the reformer. However, in addition to the fact that the raw fuel contains carbon, the temperature of the device itself is low when the fuel cell system is started up, so that the flame is cooled and incomplete combustion occurs and carbon monoxide is likely to be generated. Become. Therefore, a large amount of carbon monoxide is contained in the exhaust gas discharged when the fuel cell system is started.

また、改質装置が燃料ガスの生成を開始して発電運転が行われるようになると、今度は発電で使われなかった燃料ガスが未燃ガスとして排ガス中に含まれる。   Further, when the reformer starts generating fuel gas and the power generation operation is performed, the fuel gas that has not been used for power generation is now included in the exhaust gas as unburned gas.

特許文献1では、燃料電池システムの排ガス中に含まれる環境影響成分を浄化して安全に燃料電池システムの外部に排出するために、燃料電池システムの排気経路中に排ガス浄化装置として浄化触媒を設け、浄化触媒を通過した排ガスを装置外に排出するようにしている。   In Patent Document 1, a purification catalyst is provided as an exhaust gas purification device in an exhaust path of a fuel cell system in order to purify environmental impact components contained in the exhaust gas of the fuel cell system and safely discharge them outside the fuel cell system. The exhaust gas that has passed through the purification catalyst is discharged outside the apparatus.

さらに、この浄化触媒はある温度に達すると浄化作用が活性化するため、特許文献2では、排ガス浄化装置にヒータを設け、あらかじめ浄化触媒が排ガスを処理することのできる温度に昇温させてから原燃料供給手段、酸素含有ガス供給手段および燃料電池セルで使用されなかった余剰の燃料ガスを燃焼させるための着火装置を作動させることにより、排ガスを浄化している。   Further, since the purification action of this purification catalyst is activated when it reaches a certain temperature, in Patent Document 2, a heater is provided in the exhaust gas purification device and the temperature is raised in advance to a temperature at which the purification catalyst can treat the exhaust gas. The exhaust gas is purified by operating an ignition device for burning excess fuel gas that has not been used in the raw fuel supply means, the oxygen-containing gas supply means, and the fuel cells.

特開2010−238446号公報JP 2010-238446 A 特開2010−192272号公報JP 2010-192272 A

ところで、従来の排ガス浄化装置は、ヒータを浄化触媒が収納された排ガス処理装置の表面に貼付したり、浄化触媒の内部に埋め込むなどの方法を採っていたため、ヒータ近傍の浄化触媒は活性温度に達するがヒータから離れた部位では十分に温度が上がらない問題があった。活性温度に到達しない触媒は浄化作用を十分に発揮することができないため、浄化触媒ケースに収容された浄化触媒を有効に活用することができていなかった。一方、浄化触媒全体を活性温度まで昇温しようとすると、長時間を要することになる。そこで、短時間で浄化触媒全体を活性温度まで昇温させるためにヒータの出力を上げると、ヒータ近傍の浄化触媒が高温に晒されることになり、浄化触媒の耐久性に問題が生じてしまう。そして、これを解決するためには温度耐久性に優れた浄化触媒を使用する必要があり、燃料電池システムのコスト上昇にもつながる。   By the way, the conventional exhaust gas purification apparatus employs a method such as attaching the heater to the surface of the exhaust gas treatment apparatus in which the purification catalyst is accommodated or embedding it in the purification catalyst. However, there is a problem that the temperature does not rise sufficiently at the part away from the heater. Since the catalyst that does not reach the activation temperature cannot sufficiently exert the purification action, the purification catalyst housed in the purification catalyst case cannot be used effectively. On the other hand, it takes a long time to raise the temperature of the entire purification catalyst to the activation temperature. Therefore, if the output of the heater is increased in order to raise the temperature of the entire purification catalyst to the activation temperature in a short time, the purification catalyst in the vicinity of the heater is exposed to a high temperature, causing a problem in durability of the purification catalyst. In order to solve this problem, it is necessary to use a purification catalyst having excellent temperature durability, which leads to an increase in the cost of the fuel cell system.

本発明は、上記課題を解決するためのもので、浄化触媒の加熱時における浄化触媒の温度のばらつきを抑制し、一酸化炭素、水素等の未燃成分を含有している場合がある燃料電池システムの排ガスを効率よく浄化することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention is for solving the above-described problems, and suppresses variations in the temperature of the purification catalyst during heating of the purification catalyst, and may contain unburned components such as carbon monoxide and hydrogen. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of efficiently purifying exhaust gas from the system.

本発明は、発電を行う燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスを流通させる排ガス流路と、前記排ガス流路内または前記排ガス流路の下流に設けられるヒータと、前記排ガス流路の下流に設けられ、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスを浄化する浄化触媒と、前記浄化触媒が収納される浄化触媒ケースと、を備え、前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向において前記浄化触媒の上流かつ前記浄化触媒に接触しない位置に前記ヒータの発熱部が配置され、前記ヒータは、前記発熱部と一体的に形成される非発熱部を更に備え、前記非発熱部の少なくとも一部が前記浄化触媒に埋没するように前記ヒータを設け、前記発熱部に排ガスを導入し、加熱された排ガスにより前記浄化触媒を昇温させることを特徴とする燃料電池システムである。 The present invention provides a fuel cell module for generating power, an exhaust gas passage for circulating exhaust gas discharged from the fuel cell module, a heater provided in the exhaust gas passage or downstream of the exhaust gas passage, and the exhaust gas flow A purification catalyst for purifying exhaust gas discharged from the fuel cell module, and a purification catalyst case in which the purification catalyst is housed, and a flow direction of the exhaust gas introduced into the purification catalyst case The heater is disposed at a position upstream of the purification catalyst and not in contact with the purification catalyst, and the heater further includes a non-heat generation portion formed integrally with the heat generation portion, the heater provided so as to at least partly buried in the purification catalyst, introducing the exhaust gas to the heating unit, the purification catalyst temperature rise of the heated exhaust gas Is a fuel cell system characterized Rukoto.

また、前記非発熱部は、前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向において、前記浄化触媒ケースの下流底部を貫通していてもよい。Further, the non-heat generating portion may pass through the downstream bottom portion of the purification catalyst case in the flow direction of the exhaust gas introduced into the purification catalyst case.

また、前記浄化触媒と、前記浄化触媒ケースと、前記ヒータと、を含んで排ガス浄化装置を構成してもよい。The exhaust gas purification apparatus may be configured to include the purification catalyst, the purification catalyst case, and the heater.

また、前記発熱部は、前記発熱部の少なくとも一部が前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向と交差するように設けられてもよい。なお、ここでいう交差とは、排ガス上下装置に導入される排ガスの流動方向と発熱部の伸延方向とが平行でないことをいう。排ガスの流動方向に対して直線的な交差でもよいし、曲線的な交差であってもよい。Further, the heat generating part may be provided so that at least a part of the heat generating part intersects a flow direction of exhaust gas introduced into the purification catalyst case. The term “intersection” as used herein means that the flow direction of the exhaust gas introduced into the exhaust gas raising / lowering device and the extending direction of the heat generating portion are not parallel. It may be a linear intersection or a curved intersection with respect to the flow direction of the exhaust gas.

また、前記発熱部は螺旋状であってもよい。Further, the heat generating part may be spiral.

また、前記発熱部の螺旋軸は、前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向と交差するように設けてもよい。Further, the spiral axis of the heat generating part may be provided so as to intersect with the flow direction of the exhaust gas introduced into the purification catalyst case.

前記ヒータは、前記発熱部のワット密度が4W/cm2以下のシーズヒータを用いてもよい。   The heater may be a sheathed heater having a watt density of the heating unit of 4 W / cm 2 or less.

上述のように構成することにより、発熱部を通過する際に高温となった排ガスにより浄化触媒が加熱されるため、浄化触媒の加熱時における浄化触媒の温度のばらつきを抑制することができ、浄化触媒の活用効率を向上することができる。さらには、発熱部の出力を過剰に上げる必要がなくなるため、ヒータの消費電力を抑えられるとともに、浄化触媒の局所的な過加熱が抑制され、浄化触媒に過剰に高い耐熱性を求める必要がなくなる。   With the configuration as described above, the purification catalyst is heated by the exhaust gas that has become high temperature when passing through the heat generating portion, so that variations in the temperature of the purification catalyst during heating of the purification catalyst can be suppressed, and purification can be performed. The utilization efficiency of the catalyst can be improved. Furthermore, since it is not necessary to increase the output of the heat generating portion excessively, the power consumption of the heater can be suppressed, local overheating of the purification catalyst is suppressed, and it is not necessary to obtain excessively high heat resistance for the purification catalyst. .

本発明の燃料電池システムのブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell system of the present invention. 本発明の燃料電池モジュールの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell module of this invention. 図3(a)は本発明に係る燃料電池システムの第1の実施形態における部分的断面図である。図3(b)は、本発明に係る燃料電池システムの第1の実施形態における部分的上面図である。FIG. 3A is a partial cross-sectional view of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3B is a partial top view of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. 図4(a)は、本発明に係る燃料電池システムの第2の実施形態における部分的断面図である。図4(b)は、本発明に係る燃料電池システムの第2の実施形態における部分的上面図である。FIG. 4A is a partial cross-sectional view of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4B is a partial top view of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. 本発明に係る燃料電池システムの第3の実施形態における部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view in a 3rd embodiment of a fuel cell system concerning the present invention. 本発明に係る燃料電池システムの第3の実施形態における外観斜視図である。It is an external appearance perspective view in 3rd Embodiment of the fuel cell system which concerns on this invention. 図7(a)は、本発明に係る燃料電池システムの第4の実施形態における部分的断面図である。図7(b)は、本発明に係る燃料電池システムの第4の実施形態における部分的上面図である。FIG. 7A is a partial cross-sectional view of the fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention. FIG. 7B is a partial top view of the fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention. 図8(a)は、本発明に係る燃料電池システムの第5の実施形態における部分的断面図である。図8(b)は、本発明に係る燃料電池システムの第5の実施形態における部分的上面図である。FIG. 8A is a partial cross-sectional view of the fifth embodiment of the fuel cell system according to the present invention. FIG. 8B is a partial top view of the fifth embodiment of the fuel cell system according to the present invention. ワット密度とシーズヒータの表面温度の関係を表したグラフである。It is a graph showing the relationship between the watt density and the surface temperature of the sheathed heater.

以下本発明の一実施例を図面により説明する。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、燃料電池システム1の概略図を示す。燃料電池システム1は、発電を行う燃料電池モジュール2、燃料電池モジュール2から排出される排ガスに含まれている一酸化炭素、水素、メタン等の未燃成分を除去し浄化する排ガス浄化装置3、排ガス浄化装置3を通過した排ガスから熱媒体を用いて熱を回収する熱回収装置4、熱媒体循環路30、熱回収装置4によって回収された熱を蓄熱する蓄熱タンク31、を備えている。熱媒体としては例えば水を用いることができ、この場合、熱回収装置4において昇温された水を、温水として蓄熱タンク31に蓄えることができる。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a fuel cell system 1. The fuel cell system 1 includes a fuel cell module 2 that generates power, an exhaust gas purification device 3 that removes and purifies unburned components such as carbon monoxide, hydrogen, and methane contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell module 2, A heat recovery device 4 that recovers heat from the exhaust gas that has passed through the exhaust gas purification device 3 using a heat medium, a heat medium circulation path 30, and a heat storage tank 31 that stores heat recovered by the heat recovery device 4 are provided. For example, water can be used as the heat medium. In this case, the water heated in the heat recovery device 4 can be stored in the heat storage tank 31 as hot water.

図2は、燃料電池モジュール2の概略図を示す。燃料電池モジュール2は、水素含有燃料を用いて燃料ガスを発生させる改質装置5と、改質装置5に原燃料として水素含有燃料を供給する水素含有燃料供給路16と、排ガス流路12と、酸化剤ガス流路13と、改質装置5に改質水を供給する改質水供給路17と、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行うセルスタック6、およびセルスタック6を収納する筐体8と、を備えている。なお、図2は概略を示すものであって、各構成要素の構造および形状はこの限りでない。例えば、セルスタック6を構成するセルの形状はプレート状でもよいし、筒状でもよい。セルスタックの形状は、複数のセルが直列、並列、または直並列に接続されたものであってもよい。   FIG. 2 shows a schematic diagram of the fuel cell module 2. The fuel cell module 2 includes a reformer 5 that generates a fuel gas using hydrogen-containing fuel, a hydrogen-containing fuel supply path 16 that supplies the reformer 5 with hydrogen-containing fuel as a raw fuel, an exhaust gas path 12, The oxidant gas flow path 13, the reformed water supply path 17 that supplies reformed water to the reformer 5, the cell stack 6 that generates power using the fuel gas and the oxidant gas, and the cell stack 6 are housed. And a housing 8 to be operated. In addition, FIG. 2 shows an outline and the structure and shape of each component are not limited to this. For example, the shape of the cells constituting the cell stack 6 may be a plate shape or a cylindrical shape. The cell stack may have a shape in which a plurality of cells are connected in series, parallel, or series-parallel.

改質装置5は、内部に改質触媒を充填して構成されており、水蒸気改質法、部分酸化法、または、自己熱改質法、あるいはこれらの組合せ等により、水素を生成することができる。   The reformer 5 is configured by filling a reforming catalyst therein, and can generate hydrogen by a steam reforming method, a partial oxidation method, an autothermal reforming method, or a combination thereof. it can.

水素含有燃料としては、例えば、炭化水素系燃料を用いることができる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物(酸素等、他の元素を含んでもよい)若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、タウンガス、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。   As the hydrogen-containing fuel, for example, a hydrocarbon fuel can be used. As the hydrocarbon fuel, a compound containing carbon and hydrogen in the molecule (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used. Examples of the hydrocarbon fuel include hydrocarbons, alcohols, ethers, and biofuels. As these hydrocarbon fuels, those derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, those derived from synthetic fuels such as synthesis gas, and those derived from biomass can be appropriately used. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.

酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス(通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい)、酸素富化空気を用いることができる。   As the oxidizing agent, for example, air, pure oxygen gas (which may contain impurities that are difficult to remove by a normal removal method), or oxygen-enriched air can be used.

改質装置5とセルスタック6の間には燃料ガス供給路9が設けられており、改質装置5で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給路9を介してセルスタック6の下部から各セルに供給される。セルスタック6の上部には、セルスタック6で反応しなかった燃料ガス及び酸化剤ガスが合流して燃焼する燃焼部10が形成され、燃焼部10での燃焼により、改質装置5が加熱されるとともに燃焼ガスが発生する。   A fuel gas supply path 9 is provided between the reformer 5 and the cell stack 6, and the fuel gas generated in the reformer 5 passes through the fuel gas supply path 9 from the lower part of the cell stack 6. Supplied to the cell. In the upper part of the cell stack 6, a combustion part 10 is formed in which the fuel gas and the oxidant gas that have not reacted in the cell stack 6 are joined and burned, and the reformer 5 is heated by the combustion in the combustion part 10. And combustion gas is generated.

筐体8は、改質装置5、およびセルスタック6を収納するための内部空間を有する箱体である。筐体8は、セルスタック6を収納する収納室11と、セルスタック6で反応しなかった燃料ガスまたは酸化剤、あるいはそれらの燃焼による燃焼ガスの少なくとも一種を排ガスとして通過させる排ガス流路12と、外部から導入した酸化剤ガスを通過させる酸化剤ガス流路13と、を備えている。   The housing 8 is a box having an internal space for housing the reformer 5 and the cell stack 6. The casing 8 includes a storage chamber 11 for storing the cell stack 6, an exhaust gas flow path 12 for allowing at least one of a fuel gas or an oxidant that has not reacted in the cell stack 6 or a combustion gas thereof to pass through as an exhaust gas. And an oxidant gas flow path 13 through which an oxidant gas introduced from the outside passes.

図3は、メッシュ状の発熱部22aを、浄化触媒ケース21に流通する排ガスの流動方向に対して交差するように配置した第1の実施形態を示す。図3(a)は、第1実施形態における燃料電池システムの部分的断面図を示す。図3(b)は、第1実施形態における燃料電池システムを排ガスの流動方向において上流側からみた場合の部分的上面図を示す。
燃料電池モジュール2の排ガス流路12の一部である排気管15の内部にヒータ22が設けられている。排気管15の下流に、排ガスから一酸化炭素、水素、メタン等の未燃成分を除去して排ガスを浄化する浄化触媒20を収納された浄化触媒ケース21が設けられている。
FIG. 3 shows a first embodiment in which the mesh-shaped heat generating portion 22 a is arranged so as to intersect the flow direction of the exhaust gas flowing through the purification catalyst case 21. FIG. 3A shows a partial cross-sectional view of the fuel cell system in the first embodiment. FIG. 3B shows a partial top view when the fuel cell system according to the first embodiment is viewed from the upstream side in the flow direction of the exhaust gas.
A heater 22 is provided inside an exhaust pipe 15 that is a part of the exhaust gas flow path 12 of the fuel cell module 2. Downstream of the exhaust pipe 15, a purification catalyst case 21 is provided that houses a purification catalyst 20 that purifies the exhaust gas by removing unburned components such as carbon monoxide, hydrogen, and methane from the exhaust gas.

浄化触媒20は、例えば白金・パラジウム等の貴金属系触媒やマンガン・鉄等の卑金属系触媒など、一般的に知られているものを用いることができる。これらは、排ガス中に含まれる一酸化炭素、水素、メタン等の未燃成分を浄化処理するものであり、加熱されることで活性化し効率よく未燃成分を浄化することができる。また、浄化触媒20の形状も特に限定するものではなく、浄化触媒ケース21内に納まるものであればハニカムタイプ、ペレットタイプ、金属発泡体等、種々の形状を用いることができるので、燃料電池システム1の設計の際に適宜選択すればよい。 As the purification catalyst 20, a generally known catalyst such as a noble metal catalyst such as platinum or palladium or a base metal catalyst such as manganese or iron can be used. These purify the unburned components such as carbon monoxide, hydrogen, methane and the like contained in the exhaust gas, and can be activated and efficiently purified by being heated. Further, the shape of the purification catalyst 20 is not particularly limited, and various shapes such as a honeycomb type, a pellet type, and a metal foam can be used as long as they can be accommodated in the purification catalyst case 21. Therefore, the fuel cell system 1 What is necessary is just to select suitably in the case of design of this.

触媒温度検知部23は、浄化触媒ケース21の外表面である底板24に配置されている。底板24の外表面の温度変化から、浄化触媒ケース21に収納されている浄化触媒20の温度を推測することができる。また、浄化触媒ケース21の外表面に配置することにより、メンテナンスが容易となる。   The catalyst temperature detector 23 is disposed on the bottom plate 24 that is the outer surface of the purification catalyst case 21. From the temperature change of the outer surface of the bottom plate 24, the temperature of the purification catalyst 20 accommodated in the purification catalyst case 21 can be estimated. Further, by arranging the purification catalyst case 21 on the outer surface, the maintenance becomes easy.

また、底板24は、熱回収装置4へ浄化した排ガスを供給するための浄化排ガス流路25を備えており、浄化排ガス流路25を通じて浄化排ガスが熱回収装置4に流入する。   Further, the bottom plate 24 includes a purified exhaust gas passage 25 for supplying the purified exhaust gas to the heat recovery device 4, and the purified exhaust gas flows into the heat recovery device 4 through the purified exhaust gas passage 25.

発熱部22aは、排ガスの流動方向において、浄化触媒20の上流かつ浄化触媒20に接触しない位置に設けられる。これによると、燃料電池モジュール2から排出された排ガスは、発熱部22aを通過して高温となった後、浄化触媒20を通過することで浄化触媒20を活性温度まで加熱する。つまり、浄化触媒20が発熱部22aに直接接触することによる浄化触媒20の局所的な過加熱を抑制することができ、ひいては浄化触媒20の寿命低下を抑制することができる。また、浄化触媒20に過剰な耐熱性を要求する必要がなくなるため、燃料電池システムのコスト上昇も抑制することができる。   The heat generating portion 22a is provided at a position upstream of the purification catalyst 20 and not in contact with the purification catalyst 20 in the flow direction of the exhaust gas. According to this, the exhaust gas discharged from the fuel cell module 2 passes through the heat generating part 22a and becomes high temperature, and then passes through the purification catalyst 20 to heat the purification catalyst 20 to the activation temperature. In other words, local overheating of the purification catalyst 20 due to the purification catalyst 20 coming into direct contact with the heat generating portion 22a can be suppressed, and consequently, the lifetime reduction of the purification catalyst 20 can be suppressed. Moreover, since it is not necessary to require excessive heat resistance for the purification catalyst 20, an increase in the cost of the fuel cell system can be suppressed.

また、発熱部22aは、浄化触媒ケース21に流通する排ガスの流動方向に対して交差するように配置されている。換言すると、排気管15の断面の一部分を遮るように配置されている。これによると、排気管15に流入してくる排ガスが加熱部22aに接触する確率、または、発熱部22aの近傍を通過して高温化される確率を高めることができる。なお、本実施形態においては、発熱部22aを平面的なメッシュ状の発熱部22aを用いたが、排ガスの流入を著しく妨げない形状であれば足りる。   Further, the heat generating portion 22a is disposed so as to intersect the flow direction of the exhaust gas flowing through the purification catalyst case 21. In other words, it arrange | positions so that a part of cross section of the exhaust pipe 15 may be interrupted | blocked. According to this, the probability that the exhaust gas flowing into the exhaust pipe 15 comes into contact with the heating unit 22a or the probability that the exhaust gas passes through the vicinity of the heat generating unit 22a and is heated can be increased. In addition, in this embodiment, although the heat generating part 22a used the planar mesh-shaped heat generating part 22a, the shape which does not prevent the inflow of waste gas remarkably is sufficient.

図4は、発熱部22aを平面的に曲折し排ガスの流動方向に対して交差するように配置した形態を示す。図4(a)は、第2実施形態における燃料電池システムの部分的断面図を示す。図4(b)は、第2実施形態における燃料電池システムを排ガスの流動方向において上流側からみた場合の部分的上面図を示す。本実施形態においては、浄化触媒20と、浄化触媒ケース21と、ヒータ22とを含んで構成される排ガス浄化装置3を備える。排ガス浄化装置3は、燃料電池モジュール2の排ガス流路12の一部である排気管15の下流に接続されている。   FIG. 4 shows a form in which the heat generating portion 22a is bent in a plane and arranged so as to intersect the flow direction of the exhaust gas. FIG. 4A shows a partial cross-sectional view of the fuel cell system in the second embodiment. FIG. 4B is a partial top view when the fuel cell system according to the second embodiment is viewed from the upstream side in the flow direction of the exhaust gas. In the present embodiment, an exhaust gas purification device 3 including a purification catalyst 20, a purification catalyst case 21, and a heater 22 is provided. The exhaust gas purification device 3 is connected downstream of an exhaust pipe 15 that is a part of the exhaust gas flow path 12 of the fuel cell module 2.

このように、排ガスを浄化するために必要な機能をユニット化することにより、燃料電池システム1の組立容易性およびメンテナンス容易性を向上させることができる。なお、本実施形態においては、発熱部22aを平面的に曲折させたが、排ガスの流入を著しく妨げない形状であれば足りるため、例えば、渦状の発熱部22aを用いてもよい。   Thus, by assembling the functions necessary for purifying the exhaust gas, the ease of assembly and the ease of maintenance of the fuel cell system 1 can be improved. In the present embodiment, the heat generating portion 22a is bent in a plane, but a shape that does not significantly hinder the inflow of exhaust gas is sufficient. For example, a spiral heat generating portion 22a may be used.

図5は、発熱部22aを螺旋状に形成し、排ガスの流動方向に対して交差するように配置した第3の実施形態を示す。図6は、図5の斜視図である。発熱部22aは螺旋状に形成され、その螺旋軸(螺旋の中心軸)が、発熱部22aを通過する排ガスの流動方向に対して交差するように設けられている。   FIG. 5 shows a third embodiment in which the heat generating portion 22a is formed in a spiral shape and arranged so as to intersect the flow direction of the exhaust gas. FIG. 6 is a perspective view of FIG. The heat generating part 22a is formed in a spiral shape, and its spiral axis (spiral central axis) is provided so as to intersect the flow direction of the exhaust gas passing through the heat generating part 22a.

これによると、排ガス浄化装置3における排ガス流通部分の断面積に対して発熱面積を大きく確保することができる。また、発熱部22aの螺旋軸(螺旋の中心軸)が、発熱部22aを通過する排ガスの流動方向に対して交差することにより、排ガス浄化装置3に流入する排ガスが発熱部22aに接触する確率を高めることができる。これにより、排ガスの加熱ムラを低減し、ひいては浄化触媒20の温度のばらつきを低減することができる。なお、図7に示すように、螺旋状の発熱部22aを環状に配置しても、同様の効果を得ることができる(第4の実施形態)。また、図8に示すように、螺旋状の発熱部22aを複数本配置してもよい(第5の実施形態)。   According to this, a large heat generation area can be ensured with respect to the cross-sectional area of the exhaust gas circulation portion in the exhaust gas purification device 3. Further, the probability that the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification device 3 contacts the heat generating part 22a when the spiral axis (the central axis of the spiral) of the heat generating part 22a intersects the flow direction of the exhaust gas passing through the heat generating part 22a. Can be increased. Thereby, the uneven heating of the exhaust gas can be reduced, and consequently the temperature variation of the purification catalyst 20 can be reduced. In addition, as shown in FIG. 7, the same effect can be acquired even if it arrange | positions the helical heat generating part 22a cyclically | annularly (4th Embodiment). Further, as shown in FIG. 8, a plurality of spiral heat generating portions 22a may be arranged (fifth embodiment).

また、本実施形態のヒータ22は、発熱部22aと一体的に構成される非発熱部22bを更に備える。なお、発熱部22aと非発熱部22bとは、連続的に形成されてもよいし、発熱部22aと非発熱部22bとを直接的または間接的に組み立てて構成されるものであってもよい。ヒータ22は、発熱部22aを浄化触媒20の上流かつ浄化触媒20に接触しない位置に保持した状態で、非発熱部22bの少なくとも一部を浄化触媒20に埋没させ、浄化触媒ケース21の底板24から外部に突出している。   In addition, the heater 22 of the present embodiment further includes a non-heat generating portion 22b configured integrally with the heat generating portion 22a. The heat generating part 22a and the non-heat generating part 22b may be formed continuously, or may be configured by assembling the heat generating part 22a and the non-heat generating part 22b directly or indirectly. . The heater 22 holds at least a part of the non-heat generating portion 22b in the purification catalyst 20 in a state where the heat generation portion 22a is held at a position upstream of the purification catalyst 20 and not in contact with the purification catalyst 20, and the bottom plate 24 of the purification catalyst case 21 is buried. Protrudes from the outside.

ヒータ22は、金属製のヒータパイプの内部にニクロム線が埋設されるとともに絶縁粉末であるマグネシアが充填されたシーズヒータにより構成されてもよい。ニクロム線が埋設されている発熱部22aと、ニクロム線が埋設されていない非発熱部22bとを有し、非発熱部22bの端部にはヒータ端子22cが設けられている。 The heater 22 may be a sheathed heater in which a nichrome wire is embedded in a metal heater pipe and magnesia, which is an insulating powder, is filled. It has a heat generating portion 22a in which the nichrome wire is embedded and a non-heat generating portion 22b in which the nichrome wire is not embedded, and a heater terminal 22c is provided at the end of the non-heat generating portion 22b.

これによると、浄化触媒20と接触する部分は発熱しないため、浄化触媒20の局所的な過加熱を抑制することができ、浄化触媒20を選択する際に過度な耐熱性を要求する必要がなくなる。なお、本実施形態の触媒温度検知部23は、より直接的に浄化触媒20の温度を検知することができるように、触媒温度検知部23の温度検知点が浄化触媒20に埋没するように底板24から挿入して配置されているが、このように、浄化触媒ケース21を貫通する構成部品を一つの面に集約することにより、排ガス浄化装置3の製造およびガス漏出検査の工程を効率化することもできる。また、万が一、底板24に形成した非発熱部22bの挿入部から排ガスが漏出したとしても、浄化触媒20の最下流に位置する底板24付近に到達する排ガスは、未燃成分が十分に除去されているため、未燃成分が燃料電池システムの外に漏出する可能性を低減することができる。   According to this, since the portion in contact with the purification catalyst 20 does not generate heat, local overheating of the purification catalyst 20 can be suppressed, and it is not necessary to request excessive heat resistance when selecting the purification catalyst 20. . In addition, the catalyst temperature detection part 23 of this embodiment is a bottom plate so that the temperature detection point of the catalyst temperature detection part 23 is buried in the purification catalyst 20 so that the temperature of the purification catalyst 20 can be detected more directly. 24, the components passing through the purification catalyst case 21 are concentrated on one surface in this way, thereby making the manufacturing process of the exhaust gas purification device 3 and the gas leakage inspection process more efficient. You can also. Even if the exhaust gas leaks from the insertion portion of the non-heat generating portion 22b formed on the bottom plate 24, the unburned components are sufficiently removed from the exhaust gas reaching the vicinity of the bottom plate 24 located on the most downstream side of the purification catalyst 20. Therefore, the possibility that unburned components leak out of the fuel cell system can be reduced.

そして、ヒータ22としてシーズヒータを用いる場合には、ワット密度が4W/cm2以下のものを用いる。ワット密度とは、発熱部22aにおける単位面積あたりの電力のことで、ワット密度はヒータ22の寿命と大きく関係し、ワット密度が大きくなると表面温度は高くなり、ヒータ22の寿命は短くなる。   When a sheathed heater is used as the heater 22, a watt density of 4 W / cm 2 or less is used. The watt density is the electric power per unit area in the heat generating portion 22a, and the watt density is greatly related to the life of the heater 22. As the watt density increases, the surface temperature increases and the life of the heater 22 decreases.

図9は無風時におけるワット密度とシーズヒータの表面温度の関係を表したグラフであって、ワット密度を4W/cm2とした場合、ヒータの表面温度はおよそ580度である。なお本発明では、燃料電池装置1が運転を開始していればヒータ22には流体が流入するので無風状態ではないため、実際の表面温度はグラフに示されている温度より低くなる。   FIG. 9 is a graph showing the relationship between the watt density during no wind and the surface temperature of the sheathed heater. When the watt density is 4 W / cm 2, the heater surface temperature is approximately 580 degrees. In the present invention, since the fluid flows into the heater 22 if the fuel cell device 1 has started to operate, there is no wind, so the actual surface temperature is lower than the temperature shown in the graph.

また、ヒータ22の耐熱温度はヒータパイプの材質によって決まり、一般に高い耐熱温度が要求されるヒータにおいてはヒータパイプの材質としてSUS316L、SUS321などのステンレス、またはニッケル合金が用いられる。例えば、ステンレスの耐熱温度は700〜800度であるため、ヒータパイプにステンレスを用いた場合には、ワット密度が4W/cm2であればヒータ22の表面温度が耐熱温度を超えることはないのである。   Further, the heat resistance temperature of the heater 22 is determined by the material of the heater pipe. Generally, in a heater that requires a high heat resistance temperature, stainless steel such as SUS316L or SUS321, or a nickel alloy is used as the material of the heater pipe. For example, since the heat resistant temperature of stainless steel is 700 to 800 degrees, when stainless steel is used for the heater pipe, the surface temperature of the heater 22 does not exceed the heat resistant temperature if the watt density is 4 W / cm 2. .

つまり、通常、ヒータ22に通電する場合、常に温度を検知して表面温度が耐熱温度以上にならないように通電を制御する必要があるが、ワット密度を4W/cm2以下とすれば、ヒータ22を通電し続けてもヒータ22の表面温度が耐熱温度を超えることはないため、面倒な通電制御が不要となり、ヒータ22の耐久性も向上させることができる。   That is, normally, when the heater 22 is energized, it is necessary to always detect the temperature and control the energization so that the surface temperature does not exceed the heat resistance temperature. However, if the watt density is 4 W / cm 2 or less, the heater 22 Even if energization continues, the surface temperature of the heater 22 does not exceed the heat resistance temperature, so that troublesome energization control becomes unnecessary, and the durability of the heater 22 can be improved.

なお、このグラフではワット密度が6W/cm2の場合でも表面温度は700度以下で、ステンレスの耐熱温度よりも低いため、グラフ上ではワット密度の上限値を6W/cm2とすることも可能に思われる。しかし、ヒータ22の表面温度はヒータ22を通過する流体の流速や周囲温度などの条件によって変動するので、耐熱温度に対して余裕を持たせるためワット密度は4W/cm2以下とすることが好ましいのである。   In this graph, even when the watt density is 6 W / cm 2, the surface temperature is 700 ° C. or lower, which is lower than the heat resistance temperature of stainless steel. Therefore, the upper limit of the watt density may be set to 6 W / cm 2 on the graph. It is. However, since the surface temperature of the heater 22 varies depending on conditions such as the flow velocity of the fluid passing through the heater 22 and the ambient temperature, the watt density is preferably 4 W / cm 2 or less in order to provide a margin for the heat-resistant temperature. is there.

次に、上述の燃料電池システム1の動作について説明する。   Next, the operation of the above-described fuel cell system 1 will be described.

燃料電池システム1の運転が指示されると、排ガス浄化装置3の浄化触媒20を活性化させるため、ヒータ22への通電が開始されるとともに、燃料電池モジュール2の酸化剤ガス流路13に外部から酸化剤ガスが導入される。ここでは、酸化剤として空気を例に説明する。酸化剤ガス流路13に導入された空気はセルスタック6の酸化剤極(図示せず)へ供給される。しかし、改質装置5ではまだ改質動作は行われないため、水素を主成分とする燃料ガスがセルスタック6の燃料極(図示せず)に供給されず、セルスタック6による発電は行われない。よって、供給された空気がそのまま排ガス流路12を通過して排ガス浄化装置3へ流入する。   When the operation of the fuel cell system 1 is instructed, in order to activate the purification catalyst 20 of the exhaust gas purification device 3, energization to the heater 22 is started and the oxidant gas flow path 13 of the fuel cell module 2 is externally connected. From which oxidant gas is introduced. Here, air will be described as an example of the oxidizing agent. The air introduced into the oxidant gas flow path 13 is supplied to an oxidant electrode (not shown) of the cell stack 6. However, since the reforming operation is not yet performed in the reformer 5, the fuel gas mainly composed of hydrogen is not supplied to the fuel electrode (not shown) of the cell stack 6, and power generation by the cell stack 6 is performed. Absent. Therefore, the supplied air passes through the exhaust gas passage 12 as it is and flows into the exhaust gas purification device 3.

排ガス浄化装置3に流入した空気は、ヒータ22により加熱されて高温空気となり、浄化触媒ケース21を通過する際に浄化触媒20を加熱する。浄化触媒20を加熱部22aに接触させて加熱するのではなく、発熱部22aで予め加熱されて浄化触媒ケース21を通過する高温空気によって浄化触媒20を加熱するため、発熱部22aからの距離に起因して生じる浄化触媒20の温度のばらつきが抑制される。   The air flowing into the exhaust gas purification device 3 is heated by the heater 22 to become high-temperature air, and heats the purification catalyst 20 when passing through the purification catalyst case 21. Instead of heating the purification catalyst 20 in contact with the heating unit 22a, the purification catalyst 20 is heated by high-temperature air that is preheated by the heating unit 22a and passes through the purification catalyst case 21, so that the purification catalyst 20 is at a distance from the heating unit 22a. The variation in the temperature of the purification catalyst 20 caused by this is suppressed.

浄化触媒ケース21に高温空気が流入している間、触媒温度検知部23によって浄化触媒20の温度が監視される。触媒温度検知部23で検知した温度から、浄化触媒20の温度が活性温度に到達したと判断された後、セルスタック6が発電動作を行うために必要な燃料ガスを生成するために、改質装置5への原燃料の供給が開始される。   While the high temperature air flows into the purification catalyst case 21, the temperature of the purification catalyst 20 is monitored by the catalyst temperature detection unit 23. After it is determined from the temperature detected by the catalyst temperature detection unit 23 that the temperature of the purification catalyst 20 has reached the activation temperature, the reforming is performed in order to generate the fuel gas necessary for the cell stack 6 to perform the power generation operation. Supply of raw fuel to the apparatus 5 is started.

改質装置5が原燃料から水素主成分の燃料ガスを生成するためには、改質装置5の温度が作動温度に達している必要があるが、燃料電池システム1の起動時は、改質装置5の温度が低く作動温度に達していない。そのため、改質装置5に供給された原燃料は十分に改質されずに改質装置5から排出される。そして、改質装置5から排出された未改質燃料は燃料電池モジュール2内の燃焼部10において燃焼され、この燃焼により改質装置5が加熱されるとともに、発生した燃焼ガスが排ガス流路12に流入する。   In order for the reformer 5 to generate fuel gas containing hydrogen as a main component from the raw fuel, the temperature of the reformer 5 needs to reach the operating temperature. The temperature of the device 5 is low and has not reached the operating temperature. Therefore, the raw fuel supplied to the reformer 5 is discharged from the reformer 5 without being sufficiently reformed. The unreformed fuel discharged from the reformer 5 is combusted in the combustion section 10 in the fuel cell module 2, and the reformer 5 is heated by this combustion, and the generated combustion gas is discharged into the exhaust gas flow path 12. Flow into.

このように燃料電池システム1の起動時には、燃焼部10において未改質燃料が燃焼して火炎が形成されるのだが、この時点ではまだ燃料電池モジュール2を構成する筐体8、改質装置5等の温度が低いため、火炎がそれらの低温部分に接触することにより、火炎が冷却されて不完全燃焼が生じ、一酸化炭素が発生する場合がある。   As described above, when the fuel cell system 1 is started, unreformed fuel is burned in the combustion unit 10 to form a flame. At this time, the casing 8 and the reformer 5 that still constitute the fuel cell module 2 are formed. Therefore, when the flame is in contact with those low temperature portions, the flame is cooled, incomplete combustion occurs, and carbon monoxide may be generated.

一酸化炭素を含有している場合がある排ガスは、排ガス流路12に流れ込み、排気管15からその下流に設けられた排ガス浄化装置3に流入する。排ガス浄化装置3では、すでに浄化触媒20は加熱されて触媒全体が活性化した状態になっているので、排ガス中の未燃成分は浄化触媒20により浄化処理され、浄化された排ガスが浄化排ガス流路25を通って下流の熱回収装置4に流入する。   Exhaust gas that may contain carbon monoxide flows into the exhaust gas flow path 12 and flows from the exhaust pipe 15 into the exhaust gas purification device 3 provided downstream thereof. In the exhaust gas purification device 3, since the purification catalyst 20 has already been heated and the entire catalyst is activated, the unburned components in the exhaust gas are purified by the purification catalyst 20, and the purified exhaust gas flows into the purified exhaust gas stream. It flows into the heat recovery apparatus 4 downstream through the path 25.

このようにして排ガスが浄化される一方で、改質装置5は燃焼により加熱されて温度が上昇する。そして、改質装置5が作動温度に達すると、改質装置5に原燃料と水が供給され、水素を主成分とする燃料ガスが生成される。そして、この燃料ガスと空気がセルスタック6に供給されて発電運転が行われる。   While the exhaust gas is purified in this way, the reformer 5 is heated by combustion and the temperature rises. When the reforming device 5 reaches the operating temperature, raw fuel and water are supplied to the reforming device 5, and fuel gas containing hydrogen as a main component is generated. Then, the fuel gas and air are supplied to the cell stack 6 to perform a power generation operation.

具体的には、燃料ガスは、燃料ガス供給路9を通してセルスタック6の各セルの燃料極(図示せず)に供給される。空気は、外部から導入されて酸化剤ガス流路13へ流入し、各セルの酸化剤極(図示せず)へ供給される。セルスタック6での反応に用いられなかった燃料ガスおよび空気は燃焼部10での燃焼に用いられ、燃焼ガスが発生する。燃焼ガスにも未燃ガスが含まれている場合があるが、燃焼ガス中の未燃成分は浄化触媒20により浄化処理され、浄化された排ガスが浄化排ガス流路25を通って下流の熱回収装置4に流入する。   Specifically, the fuel gas is supplied to the fuel electrode (not shown) of each cell of the cell stack 6 through the fuel gas supply path 9. Air is introduced from the outside, flows into the oxidant gas flow path 13, and is supplied to the oxidant electrode (not shown) of each cell. The fuel gas and air that have not been used for the reaction in the cell stack 6 are used for combustion in the combustion unit 10 to generate combustion gas. Although the combustion gas may contain unburned gas, unburned components in the combustion gas are purified by the purification catalyst 20, and the purified exhaust gas passes through the purified exhaust gas flow path 25 to recover heat downstream. It flows into the device 4.

発電運転時に排ガス流路12を流れる排ガスは高温であり、また浄化触媒20はすでに活性化する温度に達しているため、ヒータ22で排ガスを加熱しなくとも、浄化触媒20を活性化した状態に保つことができるようになる。したがって、発電運転時はヒータ22への通電を停止してもよい。   Since the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 12 at the time of power generation operation is high temperature and the purification catalyst 20 has already reached a temperature to be activated, the purification catalyst 20 is activated even if the exhaust gas is not heated by the heater 22. Will be able to keep. Therefore, the power supply to the heater 22 may be stopped during the power generation operation.

なお、発電運転中に触媒温度検知部23が検知する浄化触媒20の温度が所定値以下になった場合には、再度ヒータ22への通電を開始してもよい。ここでいう所定値とは、浄化触媒20の活性温度下限値、または、浄化触媒20の活性温度下限値より任意の温度だけ高い温度とすることができる。特許文献1のように、浄化触媒が発生する熱で改質水を加熱(または気化)させるような構造の排ガス浄化触媒においては、通常運転中においても浄化触媒温度が低下する可能性がある。また、浄化触媒ケースから熱を奪う構造であることから、浄化触媒の温度のばらつきは一層大きくなる傾向にある。しかし、高温の排ガスを浄化触媒に接触させる本発明を適用することにより、燃料電池装置が発電運転中においても、浄化触媒ケース21内の温度ばらつきを抑制し、浄化触媒20の浄化作用を安定的に維持することができる。   In addition, when the temperature of the purification catalyst 20 detected by the catalyst temperature detection unit 23 during the power generation operation becomes a predetermined value or less, the energization of the heater 22 may be started again. The predetermined value here may be a temperature lower than the activation temperature lower limit value of the purification catalyst 20 or an arbitrary temperature higher than the activation temperature lower limit value of the purification catalyst 20. As in Patent Document 1, in an exhaust gas purification catalyst having a structure in which reformed water is heated (or vaporized) by heat generated by the purification catalyst, the purification catalyst temperature may be lowered even during normal operation. Further, since the structure removes heat from the purification catalyst case, the temperature variation of the purification catalyst tends to be further increased. However, by applying the present invention in which the high temperature exhaust gas is brought into contact with the purification catalyst, temperature variation in the purification catalyst case 21 is suppressed even during the power generation operation of the fuel cell device, and the purification action of the purification catalyst 20 is stabilized. Can be maintained.

図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。   The illustrated embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention includes various improvements and modifications made by those skilled in the art within the scope of the claims in addition to those directly illustrated by the described embodiments. Needless to say, it is included.

例えば、第1〜第5の実施形態として様々な形態を示したが、発熱部22aの形状は、排ガスの流入を著しく妨げない形状であれば足りるため、一の実施形態に係る発熱部22aを他の実施形態に係る発熱部22aに置き換えてもよい。また、複数の発熱部22aを、浄化触媒ケース21に流通する排ガスの流動方向に対して層状に配置してもよい。   For example, although various forms have been shown as the first to fifth embodiments, the shape of the heat generating portion 22a may be any shape that does not significantly disturb the inflow of exhaust gas. You may replace with the heat-emitting part 22a which concerns on other embodiment. Further, the plurality of heat generating portions 22 a may be arranged in layers with respect to the flow direction of the exhaust gas flowing through the purification catalyst case 21.

例えば、図4においては、浄化触媒ケースの外表面に触媒温度検知部23を配置した実施形態を示し、図5、図7および図8においては、浄化触媒20に埋没するように触媒温度検知部23を配置した実施形態を示したが、これに限定されない。触媒温度検知部23は、浄化触媒温度を間接的に推測できれば足りるため、浄化触媒の温度変化と相関を有する温度変化が生じる場所であれば、排ガス浄化装置3のいずれに配置してもよい。   For example, FIG. 4 shows an embodiment in which the catalyst temperature detection unit 23 is arranged on the outer surface of the purification catalyst case, and in FIGS. 5, 7 and 8, the catalyst temperature detection unit is buried in the purification catalyst 20. Although the embodiment in which 23 is arranged is shown, the present invention is not limited to this. The catalyst temperature detection unit 23 only needs to be able to indirectly estimate the purification catalyst temperature. Therefore, the catalyst temperature detection unit 23 may be disposed in any of the exhaust gas purification apparatuses 3 as long as a temperature change having a correlation with the temperature change of the purification catalyst occurs.

また、図3は、ヒータ22が浄化触媒ケース21の側壁から外部に突出する実施形態を示したが、図4および図6に示すように、ヒータ22は非発熱部22bを更にそなえ、浄化触媒ケース21の底板24から突出させてもよい。   3 shows an embodiment in which the heater 22 protrudes outward from the side wall of the purification catalyst case 21, but as shown in FIGS. 4 and 6, the heater 22 further includes a non-heat generating portion 22b, and the purification catalyst. The case 21 may protrude from the bottom plate 24.

また、図3および図4に示す形態は、排ガス流路12の一部である排気管15に排ガス浄化装置3を接続させているが、排気管15を省略して筐体8の排気ガスが排出される部分に直接的に連結させてもよい。さらに、図6に示す実施形態は、浄化触媒ケース21が排気管15に挿入されているが、図3に示す実施形態のように、浄化触媒ケース21は排気管15に挿入されていなくてもよい。いずれの形態であっても、各部の連結部から排ガスが流出しないように固定されていればよい。   3 and FIG. 4, the exhaust gas purification device 3 is connected to the exhaust pipe 15 which is a part of the exhaust gas flow path 12, but the exhaust pipe 15 is omitted and the exhaust gas in the housing 8 is You may connect directly to the discharged | emitted part. Further, in the embodiment shown in FIG. 6, the purification catalyst case 21 is inserted into the exhaust pipe 15, but even if the purification catalyst case 21 is not inserted into the exhaust pipe 15 as in the embodiment shown in FIG. 3. Good. In any form, it is sufficient that the exhaust gas does not flow out from the connecting portion of each part.

2 燃料電池モジュール
3 排ガス浄化装置
20 浄化触媒
21 浄化触媒ケース
22 ヒータ
22a 発熱部
22b 非発熱部
2 Fuel Cell Module 3 Exhaust Gas Purification Device 20 Purification Catalyst 21 Purification Catalyst Case 22 Heater 22a Heating Part 22b Non-heating Part

Claims (7)

発電を行う燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスを流通させる排ガス流路と、前記排ガス流路内または前記排ガス流路の下流に設けられるヒータと、前記排ガス流路の下流に設けられ、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスを浄化する浄化触媒と、前記浄化触媒が収納される浄化触媒ケースと、を備え、前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向において前記浄化触媒の上流かつ前記浄化触媒に接触しない位置に前記ヒータの発熱部が配置され、前記ヒータは、前記発熱部と一体的に形成される非発熱部を更に備え、前記非発熱部の少なくとも一部が前記浄化触媒に埋没するように前記ヒータを設けることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell module for generating power; an exhaust gas channel for distributing exhaust gas discharged from the fuel cell module; a heater provided in the exhaust gas channel or downstream of the exhaust gas channel; and downstream of the exhaust gas channel A purification catalyst for purifying exhaust gas discharged from the fuel cell module; and a purification catalyst case in which the purification catalyst is housed, and the purification catalyst in a flow direction of the exhaust gas introduced into the purification catalyst case And the heater further includes a non-heat generating portion formed integrally with the heat generating portion, wherein at least a part of the non-heat generating portion is at least part of the non-heat generating portion. A fuel cell system comprising the heater so as to be buried in the purification catalyst . 前記非発熱部は、前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向において、前記浄化触媒ケースの下流底部を貫通していることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池システム。  2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the non-heat generating portion penetrates a downstream bottom portion of the purification catalyst case in a flow direction of exhaust gas introduced into the purification catalyst case. 前記浄化触媒、前記浄化触媒ケース、および前記ヒータを含んで、排ガス浄化装置を構成することを特徴とする、請求項1または2に記載の燃料電池システム。  3. The fuel cell system according to claim 1, wherein an exhaust gas purification device is configured to include the purification catalyst, the purification catalyst case, and the heater. 前記発熱部は、少なくとも一部が前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向と交差するように設けられることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。  The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the heat generating portion intersects a flow direction of exhaust gas introduced into the purification catalyst case. . 前記発熱部は螺旋状であることを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池システム。  The fuel cell system according to claim 4, wherein the heat generating portion has a spiral shape. 前記発熱部は、螺旋軸が前記浄化触媒ケースに導入される排ガスの流動方向と交差するように設けられることを特徴とする、請求項5に記載の燃料電池システム。  6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the heat generating portion is provided so that a spiral axis intersects a flow direction of exhaust gas introduced into the purification catalyst case. 前記ヒータは、前記発熱部のワット密度が4W/cm2以下のシーズヒータであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料電池システム。  The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the heater is a sheathed heater having a watt density of the heating unit of 4 W / cm 2 or less.
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